西安文理学院机械电子工程系课程设计报告专业班级电子信息工程（1）班课程数字电子技术题目彩灯控制器学号学生姓名指导教师2010年 1月西安文理学院机械电子工程系课程设计任务书学生姓名专业班级学号指导教师职称教授教研室课程数字电子技术题目彩灯控制器任务与要求1.掌握NE555定时器的原理及使用方法。
2.学习74LS138译码器的使用方法。
3.掌握CD4040计数器的使用方法。
4.按照设计图连好电路，实现所需功能。
5.攥写课程设计报告开始日期 2009年12月28日完成日期2010年1月8日2010年1月8日目录设计目的 (1)设计任务和要求 (1)总体设计方案 (2)功能模块设计与分析 (5)电路的安装与调试 (8)实验仪器及元器件清单 (11)心得体会 (10)附录一系统电路图 (9)一、设计目的用CD4040芯片、LS138芯片、NE555芯片完成彩灯控制器。
二、设计要求和任务通过循序渐进地独立完成数字电路的设计任务，加深对理论知识的理解，有效地提高了动手能力，独立分析问题、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。
重点提高在数字电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力。
通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。
基本要求：（一）．掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法1.根据设计任务和指标，初选电路；2.通过调查研究、设计计算，确定电路方案；3.选测元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；4.分析课程设计结果，写出设计报告。
（二）．培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力1.学会分析、找出解决问题的方法；2.对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案；3.掌握一些测试电路的基本方法，课程设计中出现一般故障，能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；4.能对课程设计结果进行分析和评价。
（三）．掌握安装、布线、调试等基本技能1.掌握常用的仿真软件，并能够利用仿真软件进行一定的电路调试、改进；2.掌握数字电路布线、调试的基本技巧；3.巩固常用仪器的正确使用方法。
（四）．培养实践能力通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养团结协作的精神。
三.实践原理本实践电路原理如图3-1所示，用555组成多谐振荡器，f =101HZ 。
由CD4040经分频后，高三位Q 11、Q 10、Q 9输出分别接在74LS138译码器的C 、B 、A 三端。
每隔t=256/f≈2.5s 的时间。
A 变化一次，每隔约5S 的时间B 变化一次每隔10S 的时间C 变化一次，从而使其输出端Y0 ～ Y7驱动的发光二极管呈现顺序循环亮与灭。
总电路图设计如下：四、功能模块设计与分析1.时钟脉冲电路：在本电路中信号源由NE555定时器产生，NE 555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
集成555定时器有双极性型和CMOS 型两种产品。
一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS 型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
器件电源电压推荐为4．5～12V ，最大输出电流200mA 以内，并能与TTL 、CMOS 逻辑电平相兼容。
其主要参数见表。
图3-7 彩灯控制电路实践图3-1彩灯控制电路555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图所示。
引脚功能：V i1（TH ）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH 。
V i2（TR ）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR 。
V CO ：控制电压端。
V O ：输出端。
Dis ：放电端。
Rd ：复位端。
两定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R 组成的分压网络，产生31V CC 和32V CC 两个基准电个电压比较器C 1、C 2；一个由与非门G 1、G 2组成的基本RS 触发器（低电平触发）；放电三极管T 和输出反相缓冲器G 3。
Rd 是复位端，低电平有效。
复位后, 基本RS 触发器的Q 端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。
分析图1的电路：在555定时器的V CC 端和地之间加上电压，并让V CO 悬空，则比较器C 1的同相输入端接参考电压32V CC ，比较器C 2反相输入端接参考电压31V CC ，为了学习方便，我们规定：当TH 端的电压>32V CC 时，写为V TH =1，当TH 端的电压<32V CC 时，写为V TH =0。
图1 555定时器内部结构Vi1(TH)Vi2(TR)Vco...(a) 555的逻辑符号(b) 555的引脚排列图.2 555定时器逻辑符号和引脚当TR 端的电压>31V CC 时，写为V TR =1，当TR 端的电压<31V CC 时，写为V TR =0。
① 低触发：当输入电压V i2<31V CC 且V i1<32V CC 时，V TR =0，V TH =0，比较器C 2输出为低电平，C 1输出为高电平，基本RS 触发器的输入端S =0、R =1，使Q ＝1，Q ＝0，经输出反相缓冲器后，V O ＝1，T 截止。
这时称555定时器“低触发”；② 保持：若V i2>31V CC 且V i1<32V CC ，则V TR =1，V TH =0，S =R =1，基本RS 触发器保持，V O 和T 状态不变，这时称555定时器“保持”。
③ 高触发：若V i1>32V CC ，则V TH =1，比较器C 1输出为低电平，无论C 2输出何种电平，基本RS 触发器因R =0，使Q ＝1，经输出反相缓冲器后，V O ＝0；T 导通。
这时称555定时器“高触发”。
555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即V TH 、V TR 的“0”、“1”）必须牢牢掌握。
表2V CO 为控制电压端，在V CO 端加入电压，可改变两比较器C 1、C 2的参考电压。
正常工作时，要在V CO 和地之间接0．01μF （电容量标记为103）电容。
放电管T l 的输出端Dis 为集电极开路输出。
555定时器的控制功能说明见表2。
基于NE555的功能特点,本设计中所用的电路图图所示：NE555多谢振荡器（如下）相关参数计算： Q==555定时器控制功能表 输 入 输 出THTR d R V O Dis× <32V CC <32V CC >32V CC× <31V CC >31V CC×L H H HL H 不变 L导通 截止 不变 导通故得到：=又由T=T1+T2=(+2)故T=(+2) C本实验中R1=R2=16KΩ2.CD4040功能引脚：使用二进制集成电路ＣＤ４０４０可制作电子电位器。
ＣＤ４０４０集成电路各脚功能。
电位可有４０９６挡次，如电压在４．０９６Ｖ，每伏有１０００个１ｍＶ变化进位挡，每进１位上升１ｍＶ，电路二进制位０～１１位以高位电阻最小。
如第１１位５０ｋΩ、第１０位１００ｋΩ、第９位２００ｋΩ、第８位４００ｋΩ、第７位８００ｋΩ、第６位１．６ＭΩ、第５位３．２ＭΩ、第４位６．４ＭΩ、第３位１２．８ＭΩ、第２位２５．６ＭΩ、第１位５１．２ＭΩ、第０位１０２．４ＭΩ，向下按每退１位、阻值加１倍顺序排列。
如排错，或电阻不是倍数，电位的上升值会不均匀，进到某数值便突然跳变。
3.74LS138功能：74LS138 为8 线译码器。
其主要电特性的典型值如下：74LS138 传播延迟时间22ns 功耗32mW原理：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32 线译码器。
若将选通端中的一个作为数据输入端时，138 还可作数据分配器。
图1 引脚图图2 内部逻辑管脚图引脚功能：A、B、C 译码地址输入端G1 选通端/(G2A)、/(G2B) 选通端（低电平有效）Y0～Y7 译码输出端（低电平有效）真值表：五.实验总结实验刚开始连接完后，每次只亮一个灯，检查电路也无问题，更换元件后也一样，后来发现是因为和NE555相连的两个电阻阻值太小，导致分频周期太长，观察不到所需实验结果。
后换成16K的两个电阻后，功能圆满实现。
心得与体会通过这次课程设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。
最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。
也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。
他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。
在整个设计到电路的插线以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。
而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！对于我来说，收获最大的是方法和能力；那些分析和解决问题的能力。
在整个课程设计的过程中，我发现我们学生在经验方面十分缺乏，空有理论知识，没有理性的知识；有些东西可能与实际脱节。
总体来说，我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进！本次的课程设计，培养了我数字电路，模拟电路设计课程及其他课程的理论知识和理论联系实际，应用生产实际知识解决工程实际问题的能力；在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结本次试验所需元器件清单：。